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Sapienza Università di Roma

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Costruire con il DNA: una formula matematica per farlo senza errori

Una ricerca internazionale, a cui ha collaborato un team della Sapienza, ha sviluppato un metodo per individuare la soluzione ottimale e più efficiente per costruire strutture complesse con mattoncini di DNA attraverso un meccanismo di auto-assemblaggio. La scoperta apre a nuove prospettive per la progettazione di nanomateriali e per applicazioni in campi come la fotonica e la nanoelettronica. I risultati sono pubblicati su Science.

Tutti i bambini, avendo tra le mani i mattoncini lego o i pezzi di un puzzle, hanno provato almeno una volta a realizzare una costruzione o a ricomporre l’immagine nascosta nelle tessere.

Riuscire ad assemblare le molecole di DNA, come fossero i mattoncini lego o i pezzi di un puzzle, per realizzare strutture complesse come i cristalli, è l’ultima frontiera della fisica.

Il DNA si presta a essere utilizzato a tale scopo, grazie alla complementarietà delle quattro basi azotate, che lo rende molto versatile e adatto a unirsi in composti. Attraverso un meccanismo detto di ‘auto- assemblaggio’ le molecole stesse, anche in enorme numero, formano una struttura organizzata come conseguenza di interazioni specifiche e locali tra i costituenti, senza azioni esterne.

Tuttavia, riuscire a ottenere e a controllare l’auto-assemblaggio delle particelle non è semplice. Data una determinata struttura, la sfida è riuscire a sintetizzarla in maniera corretta ed efficiente, riducendo il più possibile il numero delle diverse componenti necessarie. Una collaborazione internazionale ha cercato di indagare a fondo il problema in uno studio in uscita su Science. Tra gli esperti coinvolti anche Lorenzo Rovigatti, Francesco Sciortino e John Russo del Dipartimento di Fisica della Sapienza, insieme ai colleghi della Ca’ Foscari, di Columbia e della Arizona State University.

Riprendendo l’esempio precedente, i mattoncini lego e i pezzi di un puzzle sono in realtà due processi alternativi e diversi di costruzione. I primi sono tutti simili tra loro e sono progettati in modo da potersi legare con qualsiasi altro mattoncino per creare infinite forme. I secondi invece sono tutti diversi e si legano solo al loro corrispondente, in una posizione ben precisa, per formare un disegno predefinito.

La scelta degli scienziati sta dunque nel mezzo: non mattoncini tutti uguali per avere infinite strutture, né pezzi tutti diversi per ottenere il risultato voluto, ma il numero minimo di elementi diversi per creare esattamente e solamente la conformazione cercata.

La chiave per arrivare alla soluzione è stata la traduzione di questo problema teorico, e quindi della struttura desiderata, in un insieme di clausole logiche semplici. Queste possono essere poi risolte numericamente, ricavando così una soluzione ottimale ed efficiente per qualsiasi forma.

Per dimostrare la validità del metodo, gli autori hanno deciso di realizzare sperimentalmente l’auto-assemblaggio di un cristallo scelto per le sue proprietà fotoniche su scala nanometrica, , il pirocloro, “un cristallo che non esiste in natura ed era considerato impossibile da realizzare sperimentalmente” – dice John Russo, del Dipartimento di Fisica – Per crearlo sono state utilizzate particelle interamente composte di DNA (in gergo ‘DNA origami’). In questo modo è stato possibile dimostrare che come previsto si forma precisamente la struttura richiesta, in una sorta di puzzle da soli quattro tipi di pezzi che infallibilmente si assembla da solo.

“Il lavoro si basa sull’idea di utilizzare uno strumento matematico chiamato “Soddisfacibilità booleana”, anche noto come SAT, per risolvere il problema di auto-assemblare strutture ordinate a partire da un numero limitato di mattoncini. Il vantaggio di usare il SAT è che, oltre a ottenere una soluzione che assembli la struttura ordinata voluta, permette anche di affinare la soluzione affinché eventuali strutture che competono con quella target vengano sfavorite – dichiara Lorenzo Rovigatti del Dipartimento di Fisica – In questo lavoro applichiamo questa tecnica sofisticata per progettare al computer e poi ottenere in laboratorio un materiale cristallino mai stato assemblato prima, dimostrando chiaramente le potenzialità del nostro metodo, che abbiamo ribattezzato ‘SAT-assembly’.”

Questo approccio innovativo alla formazione spontanea delle strutture offre una nuova prospettiva per la progettazione di nanomateriali, consentendo di costruire strutture composte da miliardi di componenti disposti con assoluta precisione e aprendo la strada ad applicazioni in campi come la fotonica e la nanoelettronica.

 

Riferimenti bibliografici:

Inverse design of a pyrochlore lattice of DNA origami through model-driven experiments

Hao Liu, Michael Matthies, John Russo, Lorenzo Rovigatti, Raghu Pradeep Narayanan, Thong Diep, Daniel McKeen, Oleg Gang, Nicholas Stephanopoulos, Francesco Sciortino, Hao Yan, Flavio Romano, Petr Šulc

Science – doi: 10.1126/science.adl5549  

 

costruire DNA
Un metodo per individuare la soluzione ottimale e più efficiente per costruire strutture complesse con mattoncini di DNA attraverso un meccanismo di auto-assemblaggio. Foto PublicDomainPictures

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Somiglianze e differenze interculturali fra musica e linguaggio parlato

Uno studio internazionale che ha coinvolto ricercatori di 46 paesi, fra cui un team della Sapienza Università di Roma, ha analizzato le relazioni tra parole, canzoni e musica strumentale nelle varie culture del globo. I risultati, pubblicati su Science Advances, suggeriscono una maggiore regolarità della musica rispetto alla lingua parlata, legata alla formazione di legami sociali attraverso l’esecuzione collettiva.

Nonostante musica e linguaggio siano presenti in ogni società umana, fino ad oggi le somiglianze e le differenze tra lingua parlata, canzoni e composizioni strumentali non erano state oggetto di un confronto analitico.

Un nuovo studio internazionale che ha coinvolto 75 ricercatori provenienti da 46 paesi, fra cui un team della Sapienza Università di Roma, ha analizzato le relazioni tra parole, canzoni e musica strumentale nelle varie culture del globo, portando alla luce come, salvo rare eccezioni, i ritmi delle canzoni e delle melodie strumentali siano più lenti di quelli del parlato, mentre le frequenze della musica sono più alte e più stabili.

Secondo lo studio pubblicato su Science Advances, questa differenza potrebbe avere una spiegazione di natura sociale: la maggiore regolarità del canto favorisce la sincronizzazione e attraverso di essa i legami sociali, per esempio attraverso l’esecuzione corale in grandi gruppi. L’intento finale è quello di fare luce sull’evoluzione culturale e biologica di due sistemi tipicamente umani, il linguaggio e la musica.

Attingendo alle reti accademiche per una portata globale sono stati reclutati ricercatori in Asia, Africa, America, Europa e Oceania per cantare, eseguire brani strumentali, recitare testi e descrivere canzoni, fornendo campioni audio da analizzare per caratteristiche quali intonazione, timbro e ritmo. Le lingue dei partecipanti, includevano italiano, fiammingo, yoruba, mandarino, hindi, ebraico, arabo, ucraino, russo, balinese, cherokee, kannada, spagnolo, aynu, per un totale di 55 rappresentate.

Nel team della Sapienza Andrea Ravignani ha suonato il suo sassofono tenore e ha cantato in italiano, mentre Yannick Jadoul ha suonato il piano e cantato in fiammingo.

“È sorprendente vedere ricercatori delle scienze sociali, umane e naturali lavorare insieme su un obiettivo comune, ciascuno fornendo un pezzo del puzzle in base alle proprie competenze” commenta Andrea Ravignani.

Gli estratti audio raccolti sono stati analizzati digitalmente, ottenendo conferma di alcune ipotesi precedentemente formulate: rispetto al parlato, il canto utilizza una tonalità più alta e più stabile e un ritmo più lento mentre i due linguaggi si equivalgono in termini di intervalli tra tonalità diverse e brillantezza del timbro.

“Questa ricerca mostra il potenziale dell’unione tra i metodi computazionali avanzati per l’analisi acustica, una delle mie aree di ricerca, e le insostituibili conoscenze delle discipline umanistiche e delle scienze sociali” spiega Yannick Jadoul.

 

Riferimenti bibliografici: 

Yuto Ozaki, Adam Tierney et al., Globally, songs and instrumental melodies are slower and higher and use more stable pitches than speech: A Registered Report, Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.adm9797

musica linguaggio parlato
Somiglianze e differenze interculturali fra musica e linguaggio parlato al centro di un nuovo studio su Science Advances. Foto di Lee Murry

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

L’albumina, proteina del sangue che predice il rischio di cancro e infarto negli anziani
Uno studio italiano condotto su 18.000 persone ha dimostrato che la presenza di bassi livelli di albumina è associata alla mortalità per cancro e malattie cardiovascolari negli individui di età pari o superiore ai 65 anni. I risultati dello studio, condotto dalla Sapienza in collaborazione con I.R.C.C.S. Neuromed di Pozzilli, Mediterranea Cardiocentro di Napoli e Università LUM di Casamassima, sono stati pubblicati sulla rivista eClinical Medicine-Lancet.

 

Una ricerca congiunta condotta da Sapienza Università di Roma in collaborazione con I.R.C.C.S. Neuromed di Pozzilli, Mediterranea Cardiocentro di Napoli e Università LUM di Casamassima, ha messo in luce un’associazione significativa tra ipoalbuminemia (bassi livelli di albumina nel sangue) e un aumento del rischio di mortalità per malattie vascolari e cancro in individui anziani.

La ricerca, condotta sulla base dei dati raccolti dallo studio epidemiologico Moli-sani e pubblicata sulla rivista scientifica eClinical Medicine-Lancet, ha analizzato un vasto gruppo di persone (circa 18.000 soggetti, dei quali 3.299 di età pari o superiore ai 65 anni), dimostrando che livelli di albumina inferiori a 35 g/L sono collegati a un rischio maggiore di morte negli anziani. Questa relazione è stata osservata anche dopo aver escluso fattori come malattie renali o epatiche e stati infiammatori acuti, che possono influenzare i livelli di albumina.

“La possibilità di ottenere indicazioni predittive su malattie con alta incidenza e elevato rischio di morte – come quelle cardiovascolari o i tumori – attraverso un esame semplice e ampiamente disponibile, anche a basso costo, rappresenta una importante conquista per la medicina moderna” – commenta la rettrice della Sapienza Antonella Polimeni. “Questo studio, che conferma e consolida l’eccellenza delle attività scientifica delle università e degli enti di ricerca italiani in campo medico, ha anche un importante valore sociale attribuibile alle possibili ricadute nell’ambito della prevenzione”.

“La nostra analisi – dice Francesco Violi, Professore Emerito della Sapienza Università di Roma e ideatore dello studio – origina dal fatto che nel sangue l’albumina è una proteina che svolge attività antiossidante, antinfiammatoria e anticoagulante. La sua diminuzione, pertanto, accentua lo stato infiammatorio sistemico, facilitando l’iperattività delle cellule predisposte alla cancerogenesi o alla trombosi. È importante, in questo contesto, sottolineare che cancro e infarto cardiaco condividono una base comune proprio nella presenza di uno stato infiammatorio cronico, e che pazienti a rischio di malattie cardiovascolari, come i diabetici e gli obesi, sono anche a rischio di cancro”.

“I risultati del nostro studio – aggiunge Augusto Di Castelnuovo, epidemiologo della Mediterranea Cardiocentro e dell’I.R.C.C.S. Neuromed- mostrano che un livello basso di albumina, oltre a fornire indicazioni sullo stato nutrizionale e sulla salute del fegato, segnala anche una aumentata suscettibilità verso altre gravi patologie. L’ipoalbuminemia potrebbe riflettere quel processo infiammatorio cronico, tipico dell’invecchiamento, noto come ‘inflammaging’, che potrebbe aver contribuito al rischio elevato di mortalità che abbiamo osservato.”

Un dato interessante della ricerca è che l’ipoalbuminemia è correlata a un livello socioeconomico più basso. Questo solleva un’importante questione sociale, poiché per motivi economici, gli anziani optano spesso per una dieta meno salutare, scegliendo alimenti con proteine meno nobili.

“Oltre a fornirci lo spunto per approfondire con ulteriori ricerche il rapporto tra albumina nel sangue e salute – commenta Licia Iacoviello, direttore del Dipartimento di Epidemiologia e Prevenzione dell’I.R.C.C.S. Neuromed e Professore Ordinario di Igiene dell’Università LUM – questo studio può avere implicazioni dirette sulla pratica clinica e sulla prevenzione. La misura dell’albumina nel sangue è infatti un test semplice e poco costoso. È quindi da considerare un’analisi di primo livello, che permetterebbe di porre una maggiore attenzione clinico-diagnostica verso gli individui anziani potenzialmente a rischio. Il nostro studio fornisce anche un valore di riferimento (35 g/L) che può guidare il medico nell’interpretazione della misura di albumina”.

Riferimenti bibliografici:

The association between hypoalbuminemia and risk of death due to cancer and vascular disease in individuals aged 65 years and older: findings from the prospective Moli-sani cohort study – Augusto Di Castelnuovo, Marialaura Bonaccio, Simona Costanzo, Amalia De Curtis, Sara Magnacca, Mariarosaria Persichillo, Teresa Panzera, Francesca Bracone, Pasquale Pignatelli, Roberto Carnevale, Chiara Cerletti, Maria Benedetta Donati, Giovanni de Gaetano, Licia Iacoviello, Francesco Violi, for theMoli-sani Study Investigators – eClinical Medicine-Lancet, DOI: https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2024.102627.

Bassi livelli di albumina associati alla mortalità per cancro e malattie cardiovascolari negli anziani. Foto di Claudia Peters

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Un nuovo target terapeutico per il glioblastoma: descritto un nuovo meccanismo molecolare, responsabile della riprogrammazione metabolica dei macrofagi GLUT1+, che contribuisce all’inibizione della risposta immunitaria nel glioblastoma.

Uno studio internazionale, che ha visto la partecipazione di ricercatori della Sapienza Università di Roma, ha descritto un nuovo meccanismo molecolare che contribuisce all’inibizione della risposta immunitaria nel glioblastoma da parte di una specifica popolazione cellulare immunitaria, esasperando così l’aggressività di questo tumore. I risultati di questo studio, pubblicato sulla rivista Immunity, propongono nuovi bersagli cellulari e molecolari per il disegno di approcci terapeutici innovativi per il glioblastoma.

Il glioblastoma è la forma più aggressiva di tumore cerebrale nell’adulto e le opzioni terapeutiche oggi disponibili sono molto limitate. La marcata ipossia (mancanza di ossigeno) e l’immunosoppressione che caratterizzano il microambiente di questo tumore rendono inefficaci anche le più recenti strategie di immunoterapia.

Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Immunity, frutto della collaborazione tra i ricercatori del Moffitt Cancer Center di Tampa in Florida, coordinati da Filippo Veglia, e i ricercatori del Dipartimento di Medicina Sperimentale della Sapienza Università di Roma, coordinati da Aurelia Rughetti, ha identificato una sottopopolazione di cellule immunitarie, i macrofagi, caratterizzata da livelli elevati del recettore del glucosio (GLUT1) che mostrano una marcata capacità immunosoppressoria, in grado di inibire la risposta immunitaria e favorire la progressione del glioblastoma.

“Il nostro lavoro – spiega Aurelia Rughetti della Sapienza – ha evidenziato che l’attività immunosoppresssoria dei macrofagi GLUT1+ presenti nel tumore è regolata a livello epigenetico dalla lattilazione, che prevede l’aggiunta del lattato sui residui di lisina degli istoni. Questo meccanismo molecolare, recentemente descritto, sembra essere responsabile della riprogrammazione metabolica della popolazione macrofagica GLUT1+ che risulta così in grado di sopprimere i linfociti T anti-tumoraliˮ.

La caratterizzazione di questa popolazione cellulare immunosoppressoria e l’identificazione del meccanismo molecolare con cui i macrofagi sono riprogrammati nel tumore rappresentano nuovi potenziali target per lo sviluppo di  nuovi approcci terapeutici con cui rimuovere il blocco dell’immunosoppressione e poter così potenziare l’efficacia delle terapie immunologiche.

Al progetto hanno partecipato i dottorandi Alessio Ugolini, Fabio Scirocchi e Angelica Pace del Dottorato di Network Oncology and Precision Medicine coordinati da Aurelia Rughetti e Marianna Nuti del Dipartimento di Medicina Sperimentale e i clinici Luca D’Angelo e Antonio Santoro della UOC di Neurochirugia del Policlinico Universitario Umberto I.

Riferimenti bibliografici:

Glucose-driven histone lactylation promotes the immunosuppressive activity of monocyte-derived macrophages in glioblastoma – De Leo A, Ugolini A, Yu X, Scirocchi F, Scocozza D, Peixoto B, Pace A, D’Angelo L, Liu JKC, Etame AB, Rughetti A, Nuti M, Santoro A, Vogelbaum MA, Conejo-Garcia JR, Rodriguez PC, Veglia F. – Immunity 2024, DOI: 10.1016/j.immuni.2024.04.006.

Immagine istologica del glioblastoma macrofagi
Immagine istologica del glioblastoma. Foto di KGH, CC BY-SA 3.0

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Presentazione degli eventi di celebrazione del 70° anniversario dal ritrovamento dello scheletro fossile del Mammut a L’Aquila

Il Museo Nazionale d’Abruzzo per i 70 anni dall’eccezionale ritrovamento del fossile del Mammut nella cava Santarelli in località Madonna della Strada nel Comune di Scoppito, avvenuta a marzo del 1954, avvia una serie di eventi nell’anno in corso per un protagonista eccezionale. Il fossile, di 1.300.000 anni, reperto importantissimo della preistoria italiana, fra i più completi d’Europa, ha arricchito enormemente la conoscenza del Patrimonio paleontologico dei grandi mammiferi nel Quaternario sul suolo italiano.

La Mostra documentaria

Le recenti ricerche d’archivio impongono la revisione della data della scoperta. È infatti del 17 marzo 1954 l’informativa dell’Anonima Materiali Argillosi alla Soprintendenza alle Antichità degli Abruzzi e del Molise con la quale si comunicava il ritrovamento, da parte degli operai della fornace, dei primi resti. La notizia fu poi diffusa qualche giorno dopo, il 25 marzo, dal Corriere della Sera e ripreso da altre testate i giorni successivi.

Questi passaggi, oltre alle recenti donazioni di foto inedite, oggetto di una mostra documentaria visitabile dal 19 aprile nel Bastione Est del Castello Cinquecentesco, permettono di ripercorrere le fasi della scoperta, recupero e studio dell’esemplare sotto la direzione della professoressa Angiola Maria Maccagno, direttrice dell’Istituto di Geologia e Paleontologia dell’Università di Roma, con la collaborazione di Antonio Ferri nel restauro.

È del 15 novembre 1957 l’importante documento del Direttore Generale delle Antichità e Belle Arti, Guglielmo de Angelis d’Ossat, per conto del Ministro della Pubblica Istruzione Aldo Moro, che dichiara il suo interessamento nel garantire l’allestimento di una sezione di paleontologia presso il Museo Nazionale d’Abruzzo con il Mammut, poi esposto al pubblico dal 1960 nel Bastione Est del Castello Cinquecentesco.

70° anniversario dal ritrovamento dello scheletro fossile del Mammut a L’Aquila. Gallery

L’accessibilità inclusiva

Grazie ad una consolidata collaborazione con l’Accademia di Belle Arti è in corso la realizzazione di due prototipi 3D: uno con il particolare del cranio e della zanna e l’altro è un modellino di 30 cm del Mammut che vanno ad integrare il disegno in braille già presente nell’attuale allestimento. La progettazione è a cura dei docenti dell’ABAQ Simone Rasetti, Tecniche di modellazione digitale, e Marco Cortopassi, Scenotecnica. È stato effettuato, durante la conferenza stampa, un test di leggibilità con le tecniche di esplorazione tattile di un modellino di prova del cranio e della zanna del Mammut condotte dalla tiflologa non vedente Deborah Tramentozzi. Questa attività di ricerca sulle modalità di apprendimento dell’immagine e dei processi cognitivi nelle persone non vedenti e ipovedenti si avvale della professionalità accademiche del laboratorio di modellazione dell’Accademia di Belle Arti e della tiflodidattica, tramite le tecniche di percezione tattile del rilievo operate dalla tiflologa, volte a verificare il grado di acquisizione e restituzione dell’immagine, esperita al tatto e successivamente ricostruita nella mente dell’utente.

I modelli 3D tattili potranno essere fruiti anche dai visitatori normovedenti, preziosa opportunità per attivare una sensorialità troppo spesso inibita, anche per la consapevolezza dell’impossibilità di toccare le opere d’arte nel contesto di una visita museale.

Video

Due documenti storici del 1954 appartenenti all’Archivio Luce Cinecittà, che si ringrazia per la concessione di utilizzo: Uscito dalla preistoria, durata 55’’ e Lo scheletro di un grosso mammuth trovato presso L’Aquila, segnalato dal Presidente del CdA di Abruzzo Film Commission Piercesare Stagni, Rep. Incom. senza sonoro, durata 3’, completano la suggestiva ricostruzione animata del Mammut già in proiezione nel Bastione realizzata dal Segretariato Regionale MiC per l’Abruzzo.

Tecnologia realtà aumentata

È stata possibile la produzione di contenuti digitali 3D fruibili con tecnologia AR core per la ricostruzione 1:1 del Mammuthus meridionalis. Tramite un QR code sulla pedana, i visitatori potranno avere un’esperienza di visita più dinamica ammirando il Mammut nelle affascinanti forme che aveva quando era in vita. RUP Maria Rita Copersino – Segretariato Regionale MiC – Abruzzo

Convegno scientifico

Nel mese di ottobre avrà luogo un convegno scientifico di rilevanza nazionale “Il Mammut del Castello – Settant’anni dalla sua scoperta. Nuovi dati nel quadro dell’evoluzione ambientale del Pleistocene” per condividere i risultati acquisiti attraverso nuove metodologie di indagine e restauro. Verranno affrontati diversi aspetti scientifici quali l’evoluzione geologica del bacino aquilano, la paleobotanica e paleoclima; il confronto tra il Mammut meridionalis di Madonna della Strada con gli altri elefanti del Pleistocene; lo stato dell’arte della diagnostica e del restauro; l’esemplare nella realtà aumentata 3D e bodymass; i primi risultati della paleopatologia, nonché il tema del ruolo sociale attuale della divulgazione scientifica.

Annullo filatelico

Per rafforzare il potenziale narrativo è stato previsto un annullo filatelico dedicato al Mammut

Accompagnamento didattico

Si sta provvedendo, tramite formazione del personale AFAV curata dai funzionari del Museo, a fornire un servizio di accompagnamento ai visitatori per una maggiore conoscenza del Mammut.

Premio Fossili regionali

Nel corso della conferenza stampa la direttrice del MuNDA Federica Zalabra ha ricevuto la targa di riconoscimento del Premio Fossili Regionali 2023 al Mammut per la Regione Abruzzo consegnata da due membri del comitato regionale della Società Paleontologica Italiana e la paleonotologa Maria Adelaide Rossi e Marco Romano dell’Università degli Studi della Sapienza. L’iniziativa è nata dalla sinergia tra il gruppo dei giovani della società Palaeontologist in Progress e il Consiglio SPI per favorire la divulgazione e la conoscenza delle ricchezze del patrimonio paleontologico italiano.

70° anniversario dal ritrovamento dello scheletro fossile del Mammut a L'Aquila
Presentazione degli eventi di celebrazione del 70° anniversario dal ritrovamento dello scheletro fossile del Mammut a L’Aquila

Testo e immagini dall’Ufficio Stampa – Museo Nazionale d’Abruzzo – MuNDA

Long COVID in bambini e adolescenti: verso la comprensione dei meccanismi alla base della persistenza dei sintomi associati all’infezione da SARS-CoV-2 anche in età pediatrica

Uno studio condotto da ricercatori della Sapienza e pubblicato sulla rivista European Journal of Immunology ha evidenziato un’alterazione dei livelli trascrizionali degli interferoni di tipo I in bambini e adolescenti con sindrome da long COVID a partire dai 3/6 mesi dalla guarigione dal SARS-CoV-2.

Il long COVID è una sindrome caratterizzata dalla persistenza di segni clinici e sintomi correlati all’infezione da SARS-CoV-2. A oggi manca ancora una chiara comprensione dei meccanismi immunopatogenetici alla base di questo fenomeno. Molti pazienti descrivono effetti a lungo termine dell’infezione, quali affaticamento, cefalea, dispnea, anosmia e disturbi gastro-intestinali.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista European Journal of Immunology, frutto della collaborazione tra Raphael Viscidi della Johns Hopkins University di Baltimora e i gruppi di ricerca coordinati da Guido Antonelli del Dipartimento di Medicina molecolare e Fabio Midulla del Dipartimento di Pediatria e neuropsichiatria infantile della Sapienza, entrambi impegnati come direttori di Unità presso l’AOU Policlinico Umberto I,  è stato valutato il coinvolgimento del sistema degli interferoni – molecole prodotte naturalmente dalle cellule in risposta a infezioni virali – nello sviluppo e nella persistenza dei sintomi associati al Long COVID in età pediatrica, anche a distanza di tempo dall’infezione.

Le alterazioni nella produzione degli interferoni di tipo I a livello mucosale e sistemico nella fase precoce dell’infezione da SARS-CoV-2 erano già state associate a forme gravi di COVID-19 negli adulti; così come era stato evidenziato che una pre-attivazione dell’immunità innata può determinare una risposta anti-SARS-CoV-2 più rapida ed efficace nella popolazione pediatrica. Ma il fatto che un numero crescente di bambini e adolescenti continui a manifestare sintomi debilitanti anche dopo la risoluzione dell’infezione da SARS-CoV-2, ha portato i ricercatori a considerare un possibile coinvolgimento degli interferoni nello sviluppo e nella persistenza dei sintomi associati al Long COVID anche in età pediatrica.

In questo nuovo lavoro sono state osservate differenze nell’espressione degli interferoni di tipo I strettamente associate all’età: mentre negli adolescenti (12-17 anni) è stato riscontrato un aumento dei livelli trascrizionali I (particolarmente pronunciato in chi manifesta sintomi neurologici), nei bambini (6-11 anni) ne è stata osservata una diminuzione. È stato possibile registrare tale fenomeno sia in chi ha contratto l’infezione da SARS-CoV-2 ma non ha sviluppato sintomi Long COVID sia nei controlli sani.

“L’importanza della nostra ricerca – spiega Guido Antonelli – sta nel fatto di aver eseguito una dettagliata analisi trascrittomica degli interferoni di tipo I su un numero elevato di bambini ed adolescenti con long COVID, osservati a distanza di 3-6 mesi dalla fase acuta dell’infezione da SARS-CoV-2, che non avevano ancora aderito ai programmi di vaccinazione. Sono stati inoltre indagati ed esclusi possibili co-fattori che potessero alterare le analisi sulla risposta interferonica, quali la presenza di autoanticorpi neutralizzanti gli interferoni di tipo I”.

“Il nostro studio – dichiara Carolina Scagnolari, coordinatrice Sapienza della ricerca – aggiunge nuovi elementi alla comprensione dei meccanismi immunopatogenetici associati al long COVID”.

“Scenari immunologici interferon-correlati, distinti e opposti – continua Matteo Fracella del Dipartimento di Medicina molecolare della Sapienza – potrebbero influenzare in modo selettivo l’evolversi del long COVID nelle diverse fasce d’età”.

“L’individuazione dei meccanismi immunopatogenetici che sono alla base del Long COVID potrà essere di ausilio per una migliore gestione clinica terapeutica dei pazienti in età pediatrica” – conclude Fabio Midulla, responsabile del Pronto soccorso pediatrico del Policlinico Umberto I di Roma.

Riferimenti bibliografici:

Age-related transcript changes in type I interferon signaling in children and adolescents with long COVID – Fracella M, Mancino E, Nenna R, Virgillito C, Frasca F, D’Auria A, Sorrentino L, Petrarca L, La Regina D, Matera L, Di Mattia G, Caputo B, Antonelli G, Pierangeli A, Viscidi RP, Midulla F, Scagnolari C – Eur J Immunol. 2024, doi: 10.1002/eji.202350682

ospedale RNA circolari e rabdomiosarcoma
Long COVID in bambini e adolescenti: verso la comprensione dei meccanismi alla base della persistenza dei sintomi associati all’infezione da SARS-CoV-2 anche in età pediatrica. Foto di djedj

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Una nuova legge termodinamica, la Bose-Einstein pesata (wBE), un nuovo modello di termodinamica ottica – Lo studio pubblicato su Nature Communications dalla Sapienza Università di Roma permette di descrivere sistemi ottici multimodali attraverso una nuova legge termodinamica in grado di riprodurre i dati con grande accuratezza. I risultati del lavoro hanno importanti ricadute tecnologiche nella progettazione di sistemi di trasmissione in fibra ottica di nuova generazione.

Uno studio condotto presso il laboratorio di Fotonica Nonlineare del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, elettronica e telecomunicazioni (DIET) della Sapienza ha analizzato per la prima volta strutture ottiche complesse come quelle multimodali – un particolare tipo di fibra ottica, impiegate soprattutto per le comunicazioni a breve distanza – utilizzando semplici leggi termodinamiche ottiche.

Fino ad oggi queste strutture venivano progettate con complesse equazioni nonlineari.

I ricercatori invece sono partiti da nuovi risultati sperimentali su lunghe tratte di fibra multimodale, giungendo a identificare una nuova legge termodinamica in grado di riprodurre i dati con grande accuratezza. I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista Nature Communications, hanno importanti ricadute tecnologiche nella progettazione di sistemi di trasmissione in fibra ottica di nuova generazione.

“Abbiamo trovato – spiega Mario Zitelli della Sapienza, primo autore dello studio – una nuova legge termodinamica, la Bose-Einstein pesata (wBE), che descrive le distribuzioni di fotoni nelle strutture multimodali meglio della legge precedentemente nota, la Rayleigh-Jeans (RJ). Abbiamo visto poi che le distribuzioni di fotoni, man mano che si aumenta la potenza ottica che viaggia in fibra, passano attraverso stati di condensazione locale dove i fotoni si addensano in gruppi di modi intermedi, per poi formare condensati globali, dove tutti i fotoni tendono a concentrarsi nel modo fondamentale della struttura sotto forma di solitoni ottici”.

Lo studio ha quindi identificato una analogia fra gli stati della materia e quelli dei fotoni nelle strutture multimodali, misurando stati gassosi, vetrosi e solidi dei fotoni: le distribuzioni di fotoni osservate nelle fibre multimodo possono essere interpretate in termini termodinamici, dove il regime di propagazione lineare corrisponde ad un gas di fotoni; nel regime di potenza intermedia il sistema evolve verso stati vetrosi condensati localmente (glassy states), mentre ad alta potenza si formano solitoni ottici condensati nel modo fondamentale, simile ad un solido.

“L’analogia fra stati della materia e quelli dei fotoni nelle strutture multimodali – commenta Zitelli – è affascinante, oltre che utile sul piano progettuale. L’estensione della termodinamica nel dominio dell’ottica è un argomento che attrae i fisici e gli ingegneri ottici da qualche anno e sono numerosi gli esperimenti in corso nel tentativo di progettare macchine ottiche termodinamiche”.

Riferimenti:

Statistics of modal condensation in nonlinear multimode fibers – Zitelli, M., Mangini, F. & Wabnitz, S. – Nature Communication (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45185-3

Una nuova legge termodinamica, la Bose-Einstein pesata (wBE), che descrive le distribuzioni di fotoni nelle strutture multimodali meglio della legge precedentemente nota, la Rayleigh-Jeans (RJ). Foto di Андрей Баклан 

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Cambiano i social media, ma le dinamiche delle conversazioni online restano

Un nuovo studio della Sapienza, pubblicato su Nature, rivela una notevole coerenza nelle interazioni online tra gli utenti di diverse piattaforme e la persistenza di quelle tossiche all’interno delle comunità digitali

Un nuovo studio, coordinato da Walter Quattrociocchi del Centro per la Data Science e la complessità per la società presso il Dipartimento di Informatica della Sapienza Università di Roma, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, ha rivelato una costante nelle dinamiche di interazione online tra gli utenti su diverse piattaforme, includendo anche un confronto con piattaforme del passato. L’analisi suggerisce la natura persistente delle interazioni “tossiche” all’interno delle comunità digitali, che evidenziando una componente umana che rimane costante a dispetto delle variazioni delle piattaforme, delle mutevoli norme sociali e del passare dei decenni.

“Lo studio della comunicazione digitale e delle dinamiche che ruotano attorno ai nuovi media è un tema di forte attualità che richiede un’analisi rigorosa, viste le numerose implicazioni che ne derivano – dichiara la rettrice Antonella Polimeni – Sapienza può vantare ricercatori di altissimo profilo che studiano i molteplici aspetti della comunicazione. Questa pubblicazione, su una rivista prestigiosa come Nature, conferma e consolida la qualità delle attività di ricerca dell’Ateneo anche in questo campo: un riconoscimento importante per il team coordinato da Walter Quattrociocchi e per tutto l’Ateneo”.

La ricerca, focalizzata sulle dinamiche delle conversazioni online e condotta dalla Sapienza, ha identificato modelli comportamentali ricorrenti all’interno dei vari social media, dimostrando una notevole coerenza nelle interazioni tra gli utenti nonostante l’evoluzione delle piattaforme e delle norme sociali. In particolare, lo studio ha utilizzato un approccio comparativo su varie piattaforme – da Facebook, Reddit, Gab, YouTube fino alla meno recente USNET su più di 500 milioni di commenti – per esplorare gli aspetti cruciali relativi alla persistenza delle interazioni “tossiche” nelle comunità digitali.

Elementi chiave identificati dai ricercatori includono la lunghezza delle conversazioni, con discussioni prolungate più inclini alla tossicità, e la polarizzazione, ovvero quando punti di vista divergenti conducono a un’escalation del disaccordo online.

Sorprendentemente, le interazioni tossiche non fungono da deterrente sull’engagement degli utenti, i quali continuano a partecipare attivamente alle conversazioni. Questo indica una complessa interazione tra contenuti dannosi e la partecipazione ai dibattiti online, suggerendo una resilienza degli utenti alla negatività negli ambienti digitali.

“Questa ricerca rappresenta un significativo progresso nella comprensione delle dinamiche sociali online – spiega Walter Quattrociocchi – e di come queste vengano influenzate dagli algoritmi, superando il focus su singole piattaforme. I risultati sottolineano le ampie implicazioni dell’influenza algoritmica sulle interazioni sociali. Lo studio – conclude Quattrociocchi – evidenzia l’importanza fondamentale della data science nell’analizzare e interpretare il comportamento umano online, confermando che il comportamento tossico è un aspetto profondamente radicato nelle interazioni digitali”.

social media conversazioni online
Immagine di Gordon Johnson

Riferimenti bibliografici: 

Persistent interaction patterns across social media platforms and over time – Michele Avalle, Niccolò Di Marco, Gabriele Etta, Emanuele Sangiorgio, Shayan Alipour, Anita Bonetti, Lorenzo Alvisi, Antonio Scala, Andrea Baronchelli, Matteo Cinelli & Walter Quattrociocchi, Nature (2024), DOI:  https://doi.org/10.1038/s41586-024-07229-y

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Creato un organoide di osso per studiare trattamenti più efficaci la sindrome di Hurler, una malattia genetica pediatrica rara 

Uno studio condotto dalla Fondazione Tettamanti e da Sapienza Università di Roma ha permesso di realizzare, grazie a cellule staminali scheletriche prelevate dai pazienti, una riproduzione dell’architettura della cartilagine e dell’osso (organoide) per studiare trattamenti più efficaci per la sindrome di Hurler, malattia genetica pediatrica rara. La ricerca, pubblicata dalla rivista scientifica internazionale JCI Insight, apre alla possibilità di utilizzare organoidi per lo studio delle malattie genetiche rare.

 

Per la prima volta è stato creato in laboratorio un organoide di osso, ovvero una riproduzione tridimensionale del tessuto cartilagineo e osseo umano, utilizzando cellule staminali scheletriche di pazienti con la sindrome di Hurler, per studiare i meccanismi e sperimentare trattamenti più efficaci per questa malattia genetica rara pediatrica che colpisce in Europa un bambino su 100.000. E’ stato possibile grazie a una ricerca portata avanti dalla Fondazione Tettamanti di Monza e da la Sapienza Università di Roma, pubblicata sulla rivista scientifica internazionale JCI Insight.

Lo studio vede tra i co-autori il Professor Shunji Tomatsu dell’Università del Delaware, tra i massimi esperti mondiali di mucopolisaccaridosi, gruppo di patologie genetiche rare di cui fa parte la sindrome di Hurler.

Questa patologia è causata dalla mutazione di un gene e dalla conseguente assenza dell’enzima che nell’organismo umano si occupa dello “smaltimento” di alcune catene di zuccheri, dette glicosaminoglicani. L’accumulo di queste molecole danneggia tutti gli organi e i tessuti e, in particolare, le ossa che risultano essere la parte del corpo più resistente alle terapie oggi disponibili: la enzimatica sostitutiva, che consiste nella somministrazione dell’enzima mancante, il trapianto allogenico di cellule staminali ematopoietiche e la genica, ovvero l’infusione nel paziente di cellule staminali ematopoietiche del paziente stesso in cui il gene mutato è stato “corretto” in laboratorio.

Grafica che illustra l’organoide di osso ottenuto da cellule derivate da donatori sani e da pazienti con sindrome di Hurler
Grafica che illustra l’organoide di osso ottenuto da cellule derivate da donatori sani e da pazienti con sindrome di Hurler

L’organoide, che replica alcune caratteristiche peculiari delle ossa dei pazienti colpiti da questa patologia, è pertanto un modello prezioso per osservare con precisione ancora maggiore i meccanismi della malattia e su cui sperimentare farmaci più efficaci.

I ricercatori che hanno realizzato la ricerca: Samantha Donsante (Sapienza Università di Roma), Alice Silvia Pievani e Marta Serafini (Fondazione Tettamanti), Andrea Biondi, direttore scientifico dell’IRCCS San Gerardo dei Tintori
I ricercatori che hanno realizzato la ricerca: Samantha Donsante (Sapienza Università di Roma), Alice Silvia Pievani e Marta Serafini (Fondazione Tettamanti), Andrea Biondi, direttore scientifico dell’IRCCS San Gerardo dei Tintori

L’organoide è stato creato a partire da cellule staminali scheletriche, cellule essenziali per generare il tessuto osseo, prelevate dal midollo osseo dei piccoli pazienti,” 

spiegano la Professoressa Marta Serafini, FondazioneTettamanti dell’IRCCS San Gerardo dei Tintori di Monza e la Professoressa Mara Riminucci, Dipartimento di Medicina Molecolare, Sapienza Università di Roma:

Queste cellule hanno generato cartilagine che si è poi trasformata in tessuto osseo e midollo osseo nel modello tridimensionale. È stato osservato, anche attraverso analisi molecolari e istologiche, che l’organoide manifestava delle importanti alterazioni rispetto ai soggetti sani. La ricerca rappresenta un primo passo importante per approfondire lo studio di questa patologia e, in prospettiva, di altre malattie genetiche rare con coinvolgimento scheletrico. È infatti fondamentale sviluppare modelli per studiare malattie rare vista la difficoltà di ottenere e, quindi, di analizzare campioni di tessuto, in particolare da pazienti pediatrici”.

I ricercatori che hanno realizzato la ricerca:  Biagio Palmisano, Mara Riminucci, Alessandro Corsi (Sapienza Università di Roma)
I ricercatori che hanno realizzato la ricerca: Biagio Palmisano, Mara Riminucci, Alessandro Corsi (Sapienza Università di Roma)

 La sindrome di Hurler è la forma più grave di mucopolisaccaridosi di tipo 1, malattia genetica rara che, a sua volta, fa parte della più ampia famiglia delle mucopolisaccaridosi, caratterizzate dall’assenza degli enzimi necessari a metabolizzare e smaltire nelle cellule le molecole di zucchero complesse. L’accumulo di tali molecole danneggia gli organi e i tessuti ed è alla base di gravi sintomi, tra cui problemi nella crescita, deformità scheletriche, malfunzionamento degli organi interni e del sistema nervoso.

Le ossa sono particolarmente resistenti alle terapie oggi in uso per il trattamento della sindrome di Hurler e, pertanto le deformità scheletriche risultano essere uno dei sintomi più gravi di questa patologia. Studiarne i meccanismi, anche attraverso organoidi ossei ricavati da cellule umane, aumenta le possibilità di conoscere la sindrome di Hurler più a fondo e di sperimentare in prospettiva terapie più efficaci.

Aggiunge il Professor Andrea Biondi, direttore scientifico dell’IRCCS San Gerardo dei Tintori: “Vorrei sottolineare l’importanza dei risultati all’interno della ricerca sulle malattie rare ed in particolare quelle metaboliche congenite, che ha nel nuovo IRCCS una delle sue aree più rilevanti di ricerca e sviluppo sia da un punto vista clinico che sperimentale”.

 

Riferimenti bibliografici: 

Modeling skeletal dysplasia in Hurler syndrome using patient-derived bone marrow osteoprogenitor cells – 

Samantha Donsante, Alice Pievani, Biagio Palmisano, Melissa Finamore, Grazia Fazio, Alessandro Corsi, Andrea Biondi, Shunji Tomatsu, Rocco Piazza, Marta Serafini e Mara Riminucci – JCI INSIGHT 2024 DOI: 10.1172/jci.insight.173449

 

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Nuova mappa della calotta polare di Marte rivela informazioni sull’evoluzione climatica 

Uno studio italiano coordinato dal Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale della Sapienza ha confrontato i dati geofisici acquisiti da differenti missioni spaziali per determinare la quantità di acqua ancora presente sul pianeta rosso. Il lavoro, pubblicato su Icarus, getta nuova luce sull’evoluzione del clima marziano e dei pianeti terrestri

Lo studio accurato delle calotte polari di Marte rappresenta uno degli obiettivi fondamentali delle missioni spaziali che esplorano il pianeta rosso in quanto conservano informazioni cruciali sull’evoluzione del clima marziano. Sebbene la presenza di acqua sulla superficie in ere geologiche passate sia stata dimostrata attraverso vari dati, i processi che hanno portato alla perdita di acqua dalla superficie e dall’atmosfera sono ancora poco conosciuti. La misurazione accurata della concentrazione dei tre principali elementi nelle calotte polari – polvere, ghiaccio secco e ghiaccio d’acqua – è quindi un risultato fondamentale per determinare la quantità di acqua ancora presente sul pianeta rosso.

Un team di ricercatori del Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale e dello Space Robotics Investigation Group (SPRING) della Sapienza Università di Roma ha utilizzato nuovi metodi e modelli matematici combinando dati geofisici acquisiti da differenti missioni spaziali per fornire, per la prima volta, una mappa accurata della distribuzione del ghiaccio d’acqua nel polo sud di Marte. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Icarus, ha importanti implicazioni nello studio dell’evoluzione del clima dei pianeti terrestri.

I risultati ottenuti hanno consentito di vincolare la concentrazione e la distribuzione del ghiaccio d’acqua nel polo sud marziano: le stime indicano che l’80% della superficie di questi depositi presenta una concentrazione di acqua pari o superiore al 50%. È stato inoltre possibile stimare il volume d’acqua nella calotta polare, che si attesta circa tra 1 e 1.3 milioni di chilometri cubi.

La mappatura della presenza di polvere mostra inoltre una frazione di volume molto elevata nelle zone occidentali, confinanti con i probabili resti di una calotta polare formata in ere geologiche precedenti. Si ritiene che l’asse polare di Marte abbia subito una migrazione dalla posizione della calotta polare più antica a quella attuale, probabilmente a causa di un impatto. La presenza di polveri potrebbe confermare la formazione di tali depositi in epoche precedenti.

“La conoscenza accurata della composizione della calotta polare rappresenta uno degli obiettivi scientifici principali per comprendere l’evoluzione del clima marziano – spiega Antonio Genova, coordinatore dello studio. “Comprendere le cause naturali che hanno determinato variazioni temporali delle condizioni climatiche su pianeti analoghi è di grande rilevanza e si inserisce nel contesto della ricerca sul cambiamento climatico terrestre”.

Riferimenti Bibliografici:

Water ice concentration and distribution in the Martian south polar layered deposits constrained by the lateral variations of their bulk density – Antonio Genova, Flavio Petricca, Simone Andolfo, Anna Maria Gargiulo, Davide Sulcanese, Giuseppe Mitri, Gianluca Chiarolanza – Icarus 2024. https://doi.org/10.1016/j.icarus.2024.116025

Marte Curiosity cratere
Nuova mappa della calotta polare di Marte rivela informazioni sull’evoluzione climatica; lo studio ha confrontato i dati geofisici acquisiti da differenti missioni spaziali. Immagine da Curiosity. Foto NASA/JPL-Caltech/MSSS in pubblico dominio

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma